高中物理 19.2放射性元素的衰变（精讲优练课型） 新人教版选修3-5

1、2 放射性元素的衰变,一、原子核的衰变 1.定义:原子核放出_或_,变成另一种原子核的过程。 2.衰变类型: (1)衰变:放射性元素放出粒子的衰变过程。放出一个粒子 后,核的质量数_,电荷数_,成为新核。 (2)衰变:放射性元素放出粒子的衰变过程。放出一个粒子 后,核的质量数_,电荷数_,粒子,粒子,减少4,减少2,不变,增加1,3.衰变规律:原子核衰变时_和_都守恒。 4.衰变的实质: (1)衰变的实质:2个_和2个_结合在一起形成粒子。 (2)衰变的实质:核内的_转化为了一个_和一个_。 (3)射线经常是伴随衰变和衰变产生的,电荷数,质量数,中子,质子,中子,质子,电子,判一判】 (1)原

2、子核在衰变时,它在元素周期表中的位置不变。() (2)发生衰变是原子核中的电子发射到核外。() (3)射线经常是伴随射线和射线产生的。(,提示:(1)。原子核在衰变时,由于核电荷数变了,所以它在元素周期表中的位置就变了。 (2)。原子核内没有电子,发生衰变是中子转变成一个质子和一个电子,电子被发射到核外就是粒子。 (3)。原子核在发生衰变、衰变时,蕴藏在核内的能量以光子的形式释放出来形成射线,所以射线经常是伴随射线和射线产生的,二、半衰期 1.定义:放射性元素的原子核有_发生衰变所需的时间。 2.特点: (1)不同的放射性元素,半衰期_,甚至差别非常大。 (2)放射性元素衰变的快慢是由_决定的

3、,跟原子 所处的化学状态和外部条件_,半数,不同,核内部自身的因素,没有关系,3.适用条件:半衰期描述的是_,不适用于单个原子核的 衰变。 4.半衰期的应用:利用半衰期非常稳定这一特点,可以通过测量其 衰变程度来推断_,统计规律,时间,判一判】 (1)半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核就全部发生衰变。() (2)根据半衰期的计算,我们可以知道一个特定的原子核何时发生衰变。() (3)半衰期与原子所处的化学状态和外部条件都无关。(,提示:(1)。半衰期是原子核有半数发生衰变需要的时间,经过两个半衰期原子核还剩四分之一。 (2)。半衰期描述的是大量原子核衰变的统计规律,不

4、适用于单个原子核的衰变,我们不能知道一个特定的原子核何时发生衰变。 (3)。半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关,一、原子核的衰变规律与衰变方程 思考探究: 如图为衰变、衰变示意图,1)当原子核发生衰变时,原子核的质子数和中子数如何变化?为什么? (2)当发生衰变时,新核的核电荷数相对原来的原子核变化了多少?新核在元素周期表中的位置怎样变化,提示:(1)当原子核发生衰变时,原子核的质子数减小2,中子数减小2,因为衰变的实质是2个质子和2个中子结合在一起从原子核中被抛射出来。 (2)粒子为 ,发生衰变时核电荷数增加1,所以原子序数增加1,元素在周期表上向原子序数增加

5、的方向移动1位,归纳总结】 1.定义:原子核放出粒子或粒子转变为新核的变化叫作原子核的衰变。 2.衰变种类: (1)衰变:放出粒子的衰变,如 (2)衰变:放出粒子的衰变,如 3.衰变规律:原子核发生衰变时,衰变前后的电荷数和质量数都守恒,4.衰变实质: 衰变:原子核内两个质子和两个中子结合成一个粒子,并在一定 条件下作为一个整体从较大的原子核中抛射出来,产生衰变。 衰变:原子核内的一个中子变成一个质子留在原子核内,同时放出一个电子,即粒子放射出来,5.衰变方程通式: (1)衰变： (2)衰变,6.确定原子核衰变次数的方法与技巧: (1)方法:设放射性元素 经过n次衰变和m次衰变后,变成稳定 的

6、新元素 ,则衰变方程为: 根据电荷数守恒和质量数守恒可列方程: A=A+4n,Z=Z+2n-m。 以上两式联立解得: 由此可见,确定衰变次数可归结为解一个二元一次方程组,2)技巧:为了确定衰变次数,一般先由质量数的改变确定衰变的次数(这是因为衰变的次数多少对质量数没有影响),然后根据衰变规律确定衰变的次数,特别提醒】 (1)衰变方程的书写方面:衰变方程用“”表示,而不用“=”表示。 (2)衰变方程表示的变化方面:衰变方程表示的是原子核的变化,而不是原子的变化,典例示范】钍232( )经过次衰变和 次衰 变,最后成为铅208(,解题探究】 (1)两种衰变的质量数变化有什么规律?怎样判断衰变的次数

7、? 提示:衰变质量数不变,每发生一次衰变,质量数减少4;用两种原子核的质量数之差除以4就是衰变的次数。 (2)两种衰变的电荷数怎样变化? 提示:每发生一次衰变电荷数减少2,每发生一次衰变电荷数增加1,正确解答】因为衰变改变原子核的质量数而衰变不能,所以应先从判断衰变次数入手: 衰变次数= 每经过1次衰变,原子核电荷数减少2,那么,钍核经过6次衰变后剩余的电荷数与铅核实际的电荷数之差,决定了衰变次数: 衰变次数= 答案:64,过关训练】 1.(2015北京高考)下列核反应方程中,属于衰变的是() 【解析】选B。选项A是人工核反应,选项B是衰变,选项C是核聚变,选项D是衰变,选项B正确,2.(20

8、15福州高二检测)放射性元素所放出的粒子是() A.原子核外的最外层电子 B.原子核外电子跃迁时所发射的光子 C.原子核内的中子转变为质子时放出的电子 D.原子核内的质子转变为中子放出的电子 【解析】选C。衰变的实质是中子转变为质子同时放出一个电子,C项正确,补偿训练】 1.(2015苏州高二检测)某放射性元素的原子核内有N个核子,其 中有n个质子,该原子核发生2次衰变和1次衰变,变成1个新核, 则() A.衰变前原子核有(N-n)个中子 B.衰变后新核有(n-4)个质子 C.衰变后新核的核子数为(N-3) D.衰变后新核的中子数为(N-n-3,解析】选A。核子数等于质子数加中子数,所以衰变前

9、原子核有中子数(N-n)个,A项正确;衰变后新核有n-(22-1)=(n-3)个质子,B项错;衰变后新核的核子数为N-24=N-8;衰变后新核的中子数为(N-n-5),D项错,2.(2015武汉高二检测) 经过m次衰变和n次衰变,变成 则() A.m=7,n=3B.m=7,n=4 C.m=14,n=9 D.m=14,n=18 【解析】选B。衰变方程为 由质量数守恒知235=207+4m,解得m=7,由电荷数守恒知92=82+2m-n,解得n=4,故选项B正确,规律方法】衰变次数的判断技巧 (1)衰变过程遵循质量数守恒和电荷数守恒。 (2)每发生一次衰变质子数、中子数均减少2。 (3)每发生一次

10、衰变中子数减少1,质子数增加1,二、半衰期 思考探究: 如图所示为氡衰变剩余质量与原有质量比值 示意图。 氡的衰变,纵坐标表示的是任意时刻氡的质量 m与t=0时的质量m0的比值。 (1)每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的多少倍? (2)从图上可以看出,经过两个半衰期未衰变的原子核还有多少,提示:(1)每经过一个半衰期,氡原子核的质量变为原来的二分之一。 (2)从图上可以看出,经过两个半衰期未衰变的原子核还有四分之一,归纳总结】 1.意义:表示放射性元素衰变的快慢。 2.半衰期公式:N余= 式中N原、m0表示衰变前的原子数和质量,N余、m余表示衰变后的尚未发生衰变的原子数和质量,t表示衰

11、变时间,表示半衰期,3.适用条件:半衰期是一个统计概念,是对大量的原子核衰变规律的总结,对于一个特定的原子核,无法确定其何时发生衰变,半衰期只适用于大量的原子核。 4.应用:利用半衰期非常稳定的特点,可以测算其衰变过程,推算时间等,特别提醒】 (1)半衰期由核内部自身的因素决定,与原子所处的化学状态和外部条件都无关。 (2)半衰期是一个统计规律,适用于对大量原子核衰变的计算,对于个别少数原子核不适用,典例示范】放射性同位素14C被考古学家称为“碳钟”,它可以用来判定古生物体的年代,此项研究获得1960年诺贝尔化学奖。 (1)宇宙射线中高能量的中子碰到空气中的氮原子后,会形成不稳定 的 ,它很容

12、易发生衰变,放出射线变成一个新核,其半衰期为5730年,试写出14C的衰变方程。 (2)若测得一古生物遗骸中的 含量只有活体中的25%,则此遗骸距今约有多少年,解题探究】 (1)如何写出14C的衰变方程? 提示:根据质量守恒和电荷数守恒写出。 (2)怎样确定古生物的年代? 提示:由古生物14C的含量与活体14C的含量对比可确定其半衰期数,即可计算出古生物的年代,正确解答】(1) 的衰变方程为： (2) 的半衰期=5 730年。 生物死亡后，遗骸中的 按其半衰期变化，设活体中 的含量 为N0,遗骸中的 含量为N,则N= 即0.25N0= 故 =2,t=11 460年。 答案：(1) (2)11

13、460年,过关训练】 1.(拓展延伸)【典例示范】中再过5 730年,这一古生物遗骸中的 含量是活体中的多少倍? 【解析】遗骸再过5 730年,所经过的时间为t=11 460+5 730= 17 190年。古生物中 的含量由m余= 代入数据得 =0.125 答案:0.125,2.(多选)(2015山东高考)14C发生放射性衰变成为14N,半衰期约5700年。已知植物存活期间,其体内14C与12C的比例不变;生命活动结束后,14C的比例持续减少。现通过测量得知,某古木样品中14C的比例正好是现代植物所制样品的二分之一。下列说法正确的是() A.该古木的年代距今约5700年 B.12C、13C、1

14、4C具有相同的中子数 C.14C衰变为14N的过程中放出射线 D.增加样品测量环境的压强将加速14C的衰变,解析】选A、C。剩余的碳14占 ,表明经过了一个半衰期,A正确;碳14、13、12的质子数相同,质量数不同,中子数不同,B错误;碳14变为氮14,质量数未变,放出的是电子流,即射线,C正确;半衰期不受外界环境影响,D错误,补偿训练】一块含铀的矿石质量为M,其中铀元素的质量为m,铀发生一系列衰变,最终生成物为铅。已知铀的半衰期为T,那么下列说法中正确的是() A.经过2个半衰期后,这块矿石中基本不再含有铀 B.经过2个半衰期后,原来所含的铀元素的原子核有 发生了衰变 C.经过3个半衰期后,

15、其中铀元素的质量还剩 D.经过1个半衰期后该矿石的质量剩下,解析】选C。经过2个半衰期后矿石中剩余的铀应该有 ,故选项A、 B错误;经过3个半衰期后矿石中剩余的铀还有 ,故选项C正确;因为 衰变产物大部分仍然留在该矿石中,所以矿石质量没有太大的改变, 选项D错误,拓展例题】考查内容:同位素间的同与不同 【典例示范】现在很多心血管专科医院引进了一种被称为“心肌灌注 显像”的检测技术,方法是将若干毫升含放射性元素锝的注射液注入 被检测者的动脉,经过40分钟后,这些含放射性物质的注射液通过血液 循环均匀地分布在血液中,这时对被检测者的心脏进行造影。心脏血 管正常的位置由于有放射性物质随血液到达而显示出有射线射出;心 脏血管被堵塞